JPS6345352A - ろう付用アルミニウム合金薄板の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「発明の目的」 本発明はろう付用アルミニウム合金薄板の製法に係り、
熱伝導性、強度および耐熱変形性の何れにおいても好ま
しい特性を示するう付用アルミニウム合金薄板の製造方
法を提供しようとするものである。

産業上の利用分野 熱交換器などに用いられるフィン材などの加熱ろう付工
程において熱変形することが少なく、しかも熱伝導性お
よび強度の何れにおいても適切な特性を示するう付用ア
ルミニウム合金薄板の製造技術。

従来の技術 アルミニウムは加工性が良好で、又耐食性なども優れて
おり、しかも軽量なことから近年においては車輌用、各
種産業用などのコンデンサー、ラジェター、エバポレー
タ等に多く使用されるようになって来た。然して従来、
このようなアルミニウム合金製熱交換器をろう付けする
には、熱媒体の通路となる管体と、熱交換を促進するフ
ィンを含み、これらをＳＵＳ等の鉄系治具で固定し、約
６００℃の温度に２〜１０分間加熱して接合することが
行われている。

又、このようなアルミニウム合金製熱交換器に使用され
るフィンは、ＪＩＳ６９５１で代表される６０００系の
合金、またはＪＩＳ３００３で代表される３０００系の
合金薄板が使用され、以下に示す特性が求められている
。

■　フィンの成形に際し、不要の変形を防止するために
強度が高いこと。

′■　ろう付工程における加熱時に座屈することなく、
管体に溶着するものであること。

■　熱伝導性が良好であること。

然して、このようなろう材用の薄板は従来次のような方
法で製板されている。

即ち、所望組成となるように合金組成を溶製したのち、
半連続鋳造法で鋳塊を鋳造し、固剤後、ろう材をクラフ
トする場合はここでろう材を面合わせした後、均質化熱
処理を施し、以後、熱間圧延、中間焼鈍処理、最終冷間
圧延を施して、０．１〜０．５龍の板厚クラツド材の場
合は５〜２５％のクラツド率からなり、８〜２５ｋｇ／
ｗ”の強度を有する薄板とされる。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上述した従来方法で製造されるろう付用
薄板は、前記■、■、■、のいずれかにおいて十分なも
のとは言い難い。

例えば、ＪＩＳ３００３またはこれにＺｒ、　Ｃｒ等を
添加した合金で代表される３０００系薄板は耐熱変形性
に優れるものの、熱伝導性に劣り、ＪＩＳ６９５１で代
表される６０００系薄板は上記３０００系の薄板に比べ
て熱伝導性は優れたものではあるが、強度、耐熱変形性
が劣り、またＪＩＳ１０５０で代表される１０００系の
薄板は熱伝導性に優れるものの、強度および耐熱変形性
が不充分で、このように熱伝導性に優れたものは耐熱変
形性に劣るものであった。

然して上記のように耐熱変形性に劣る薄板により成形し
たフィンを熱交換器に組付は鉄系治具で固定したものを
６００℃前後の温度で加熱しろう付けした熱交換器にお
いてはフィンに座屈が生じて正常には第３図（Ａ）の如
くなるべきものが同図（Ｂ）の如くなり、或いは第３図
（Ｃ）のようにフィン同士の溶着となり、何れにしても
管体とのろう付が不完全となる等の問題点があった。

「発明の構成」 問題点を解決するための手段 Ｓｉ　：　０．０３〜０．３　ｗｔ％　Ｆｅ　：　０．
０５〜０．６　ｗｔ％を必須元素とし、これに Ｚｒ　：　０．０１〜０．４　ｗｔ％、Ｍｎ　：　０．
０１〜０．３　ｗｔ％の１種または２種を含有し、残部
がアルミニウムと不純物よりなるろう付用薄板の製造を
なすに当たり、最終冷間圧延後に１５０−２９０℃の温
度で調質焼鈍処理を施すことを特徴とするろう行用アル
ミニウム合金薄板の製法。

作用 Ｓｉ　：　０．０３ｗｔ％以上、Ｆｅ　：　０．０５ｗ
ｔ％以上を含有させることによって強度を付与し、ろう
付工程の加熱で固溶し難いα−ＡＩｌ（Ｆｅ、　Ｍ）　
Ｓｉ相を微細に析出させ、耐熱変形性を付与する。Ｓｉ
が０．３　ｗｔ％以下、Ｆｅが０．６　ｗｔ％以下とさ
れることによりそれらの固溶量を適切に維持し熱伝導性
低下を回避する。

Ｚｒ　：　０．０１ｗｔ％以上および／またはＭｎ　：
　０．０１ｗｔ％以上とすることにより強度と耐熱変形
性を付与し、しかもＺ「が０．４　ｗｔ％以下、ｉｎが
０．３　ｗｔ％以下たることによって熱伝導性の低下を
なからしめる。

最終熱間圧延後に調質焼鈍処理することにより薄板に有
効な耐熱変形性を付与し、その温度が１５０℃以上とさ
れることにより好ましいその効果が得られ、又２９０℃
以下であることにより薄板の強度低下、フィン成形性の
劣化をなからしめる。

実施例 上記したような本発明について、更に具体的に説明する
ならば、本発明者等は上記したような熱交換器などに用
いられるフィンに関し、その成形性が良好であり、又熱
伝導性が高いと共に６００℃の近傍における温度条件に
加熱して実施されるろう付は工程において座屈その他の
変形を生ずることがなく、更にはこのようなろう付は時
においてフィン同志の溶着を的確に防止し、管体に対し
て有効にろう付けをなすことのできるフィン材用の薄板
を得ることについて仔細な検討と推考を重ねた。つまり
このような多くの実地的研究と、検討、推考の結果とし
てアルミニウムをベースとし、これにＳｉ、　Ｐｅを必
須元素とすると共にＺｒ＋　Ｍｎの１種以上の所定量を
添加したへβ合金からなる素材を最終冷間圧延後に調質
焼鈍処理を施した板材は、この調質焼鈍処理を施さない
従来方法によって製造された板材に比較して耐熱変形性
に優れることを見出し、この知見をもとに優れた耐熱変
形性、熱伝導性および強度を具備したろう付用へ２合金
３　仮の製法を完成したものである。

即ち本発明は、ｗｔ％（以下単に％という）で、Ｓｉ　
：　０．０３〜０．３％、Ｆｅ　：　０．０５〜０．６
％をそれぞれ必須元素として含有すると共にＺｒ　：　
０．０１〜０．４％、Ｍｎ　：　０．０１〜０．３％の
何れか１方または双方を含有し、残部がアルミニウムと
不純物よりなる組成をもつアルミニウム合金を用いてろ
う付用薄板の製造をなすものであるが、このような薄板
の製造に当たって最終冷間圧延後に１５０〜２９０℃の
温度で調質焼鈍をなすことを特質とすることは前記の通
りである。

斯かる本発明について、その技術的関係の仔細を説明す
るならば、既述したように、６００℃近傍の温度に加熱
してろう付される熱交換器のろう何工程において、フィ
ン部に座屈が生じ管体とのろう付が不完全となる現象は
次のように考えることができる。

即ち、ろう材が溶けているような高温度（Ａ４０４５ろ
う材で５７７℃以上）で、フィンが座屈するならば、フ
ィンが管体にろう材を介して十分に固着されているはず
であるところ、フィンと管体とのろう付が不完全となっ
ているのは、治具に組付けた熱交換器が、ろう材が溶け
る温度に加熱される以前にすでにフィンに座屈が生じて
いて、ろう材が溶ける温度に加熱されたときにはフィン
と管体の間にすでに間隙が生じているものと推測された
。

このような情況について更に言うならば、添附図面にお
ける第２図は蛇行状に加工された扁平管体（２）と、ろ
う材をクラッドしたコルゲート状フィン（１）をＳＵＳ
系治具（４）で組付けたろう何時の熱交換器の状態を示
すものであって、治具（４）（４）により全体が有効に
組付けられる。

然して第１図は上述のように組付けられた熱交換器を電
気加熱式ろう付焼で、フィンの実体温度が５９０℃の温
度まで２０分で昇温させてから６００℃の温度で３分間
加熱した時の治具の実体温度測定値を示すものであって
、ろう何工程の加熱において、フィンと治具の実体温度
に差異が生じ、その差は６〜９分で最大となっている。

即ち、ろう付初期においては、フィン（１）の温度上昇
がＳＵＳ系治具に比べて大であるため、フィンと治具（
４）間に熱膨張差を生じ、フィン（１）が３００〜４０
０℃において熱膨張差が極大値を示し、フィンに最大の
圧縮力が生じる。更にろう付が進行してフィンの温度が
４００℃を越えると、治具（４）の温度が急激に上昇し
、フィンの温度より高温になることからフィンと治具の
熱膨張差が減少し、フィンにかかる圧縮力が低下した状
態でろう材が溶けろう付されるものと認められる。つま
りこのような現象は、ＳＵＳの如き鉄系治具（４）が繰
り返し使用されるところから、アルミニウムに比べて黒
色化し、ろう何工程の４００〜６００℃の温度において
治具の方が熱を吸収し易くなってフィンの温度上昇速度
よりも高くなるためと推定される。然して上記したよう
なことから、フィンの耐熱変形性は３００〜４００℃近
傍において重要であることは第１図から明らかと言える
。

上記した本発明に係るフィン用薄板において含有される
合金元素の成分組成について、その限定理由を説明する
と以下の如くである。

Ｓｉ　：　０．０３〜０．３％ Ｆｅ　：　０．０５〜０．６％ ＳｉおよびＦｅの含有は強度を付与し、ＳｉおよびＦｅ
を共存させることによって、ろう何工程で加熱した時に
固溶のしにくいα−Ａβ　（Ｆｅ、　Ｍ）　Ｓｉ相（Ｍ
はＡ　１２　、Ｆｅ、　Ｓｔ以外の金属）を微細に析出
せしめ、この微細析出相によって耐熱変形性を付与する
ためのもので、ＳｉおよびＦｅの含有量が下限値以下で
は効果が少なく、上限値以上となると、Ｓｉ＋Ｆｅの固
溶量が大きくなって、熱伝導性を低下させる。

Ｚｒ　：　０．０１〜０．４　　％ Ｍｎ　：　０．０１〜０．３　　％ ＺｒおよびＭｎの一種以上の含有は、最終冷間圧延後副
賞焼鈍処理することによって、強度と耐熱変形性を付与
するためのものである。

Ｚｒは上述の調質焼鈍処理を行うことによってＡｌ−Ｚ
ｒ系の微細な析出相によって上述の効果が得られ、また
ＭｎはＳｉ、　Ｆｅと共存することによってα−Ａｊ２
　　（Ｆｅ、　Ｍｎ）　Ｓｉ相をより一層微細に析出さ
せ上述の効果が得られる。

Ｚｒ、　Ｍｎの含有量が各々下限値以下では上述の効果
が少なく、何れかが上限値以上では熱伝導性を低下させ
る。

また、ＺｒおよびＭｎを共存させると、耐熱変形性をよ
り良好なものとするが、熱伝導性を高く維持するために
ＺｒおよびＭｎを共存させる場合は合計で０．５％以下
とすることが好ましい。

この他に含有されるＣｕ、　ＮＬ　Ｃｒ等の不純物は共
に０．０３％以下とすることが好ましい。

また、鋳造に際して鋳造組織を微細化するために添加す
る微細化剤の添加は好ましいことであり、例えば、Ｔｉ
の０．２％以下、Ｂの０．０２％以下の一方または両者
を添加させることができる。

また、ろう付用薄板は片面または両面にろう材をクラッ
ドして使用することがあるが、このような場合のろう材
としては、Ａｌ−５ｉ系合金、例えば４３４３　　（Ａ
ｇ−７，５％Ｓｉ）、４０４５（八１−１０％Ｓｉ）　
、４０４７　　（Ａｊ７−１２％Ｓｉ）の他に、更に融
点の低いＡｌ−１０〜１２％５ｔ−１〜１０％Ｚｎおよ
びＡｊ！　−５１−Ｍｇ系合金を使用できる。

また、このようなろう材にろうの流動性を良好なものと
するために、例えばＢｉの０．２％以下、Ｓｒの０．１
％以下を含有させることは本発明の目的を妨げるもので
はないから差しつかえがない。′次に本発明に係るろう
付用薄板の製法について説明する。

常法により溶製した溶湯を、半連続鋳造法によって鋳造
した鋳塊を面側後、４００〜５６０℃の温度で１〜４８
時間均質化熱処理を施す。この均質化処理は鋳造時の偏
析を解消し、合金元素の固溶状態を改善するものであっ
て、以後の熱間圧延、冷間圧延において圧延割れを防止
し、圧下率を大きくとり得るので生産性を向上すると共
に熱伝導性を向上する。

この処理において４００℃以下および１時間以下の保持
時間では上記の効果が少なく、また５６０℃以上となる
と耐熱度形成が低下する傾向がある。

望ましくは４００〜５３０℃の温度で保持すべきである
。

均質化熱処理を施した鋳塊は、常法により熱間圧延、ま
たは熱間圧延および冷間圧延を施して所望の厚さとする
。ここで最終冷間圧延の前工程で中間焼鈍処理を施して
もよい。

ろう材をクラッドする場合は、常法によることができる
。例えば、ろう材組成からなる溶湯を常法により鋳造し
た鋳塊を固剤し、所望厚さに圧延した板を前記面側後の
本発明に係る鋳塊に面合わせして固定し、均質化熱処理
し、以後同様に圧延し、所望の厚さとする。

このようにして所望の厚さとされた薄板は本発明におけ
る特徴をなす調質焼鈍処理を施す。卯ちこの調質焼鈍処
理は１５０〜２９０℃の温度で、１２時間以内の保持時
間で実施し、３板に耐熱変形性を付与するものであって
、処理温度が１５０℃以下ではこのような効果が不充分
であり、又２９０℃以上および１２時間以上も保持する
ことは熱エネルギー的および時間的に不利であると共に
薄板の強度が低下してフィンの成形性を劣化し、又フィ
ンの取扱中に不要の変形を生じ易くするので好ましくな
い。−船釣に好ましい保持時間は、１０分以上３時間以
下である。

本発明によるものの具体的な製造例について説明すると
以下の如くである。

次の第１表に示すような組成を有する本発明合金、比較
合金およびろう材合金を準備した。

第　　１　　表 即ちこれらの合金は半連続鋳造法で鋳塊とされ、該鋳塊
を面側後、５００℃の温度で４時間保持する均質化熱処
理を施し、次いで熱間圧延、冷間圧延をなして各種板厚
の冷延板とし、それらの冷延板を３５０℃で２時間保持
する中間焼鈍処理した。

又これらのものは各種の圧下率で最終冷間圧延を施し、
板厚が０．１６ｍｍの冷延薄板とした。

更にこのような冷延薄板に各種温度で調質焼鈍を施した
後、その機械的性質、耐熱変形性、電気伝導度を測定し
た。耐熱変形性の測定は一端を固定し突出長さを１００
　ｍｍとして加熱し、下方へ垂下する量を測定したもの
である。これらの測定結果は次の第２表に示す通りであ
る。

即ち第２表の結果によるならば本発明による調質焼鈍を
施した薄板は、それが施されない従来法のものと比較し
て高温加熱時における垂下量が少なく耐熱変形性に優れ
ていることが明らかである。

また、調質焼純の温度を本発明範囲に規定することによ
って強度に優れ、フィン取扱時における不要の変形を阻
止し得る。更に本発明方法による薄板は強度および耐熱
変形性に優れているＪＩＳ３００３薄板に比し電気伝導
度が高く、熱伝導性において格段に優れ、ろう付用薄板
に求められる各特性を適切に具備していることが確認さ
れた。

更に前記した合金番号ＡＢＣからなる合金を用い、上述
の如く本発明に係る調質焼鈍処理を施した薄板と、該処
理の施されない従来方法による薄板を用い、コルゲート
状に加工したフィンを第２図に示したように熱交換器に
組付け、６００±１０℃×３分間保持してろう付したと
ころ、本発明方法によって製造された薄板からなるフィ
ンは、不要な変形がなく、確実に管体に被覆したろう材
を介して管体に溶着していたが、従来法によって製造さ
れた薄板からなるフィンは変形しており、管体に溶着し
ていない所が部分的に発生し、不完全なものであった。

また、前記第１表に示するう材を被覆した本発明に係る
調質焼鈍処理を施した３仮と、該処理の施されない従来
方法による薄板を用いて、コルゲート状に加工したフィ
ンを第２図に示すように熱交換器に組付け、上述の条件
でろう付したところ、本発明方法によって製造された薄
板からなるフィンは、不要な変形がなく、確実にろう材
を介して管体に溶着していたが、従来法によって製造さ
れた薄板からなるフィンは変形しており、管体に溶着し
ていない所が部分的に発生し、不完全なものであった。

「発明の効果」 以上説明したような本発明によるときは卓越した耐熱変
形性、強度、熱伝導性を具備し、熱交換器などのフィン
材として好ましいろう付用アルミニウム合金薄板を的確
に製造せしめ、優れた性能を発揮し得るものであるから
工業的にその効果の大きい発明である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の技術的内容を示すものであって、第１図
はろう付加熱時におけるアルミニウム製熱交換器とその
組付は治具との加熱時間に対する温度変化状態を示した
図表、第２図はその組付は状態についての斜面図、第３
図はその管に対するフィンのろう付は状態についての正
常状態と異常状態とを示した説明図である。 然してこれらの図面において、（１）はフィン、（２）
は管、（３）はろう付は部、（４）は組付は用の治具を
示すものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｓｉ：０．０３〜０．３ｗｔ％、Ｆｅ：０．０５〜０．
   ６ｗｔ％を必須元素とし、これに Ｚｒ：０．０１〜０．４ｗｔ％、Ｍｎ：０．０１〜０．
   ３ｗｔ％の１種または２種を含有し、残部がアルミニウ
   ムと不純物よりなるろう付用薄板の製造をなすに当たり
   、最終冷間圧延後に１５０−２９０℃の温度で調質焼鈍
   処理を施すことを特徴とするろう付用アルミニウム合金
   薄板の製法。